Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обоснование рациональной конструкции фундамента здания с высоким центром тяжести для строительства в сейсмическом районе

Целью работы являлся выбор рациональной конструкции фундамента здания с высоким центром тяжести для строительства в сейсмическом районе. Основными задачами являлись:

· обобщение методов проектирования зданий с высоким центром тяжести в сейсмических районах;

· проектирование и расчет двух вариантов фундаментов для рассматриваемого объекта - восьмиэтажного жилого дома в грунтовых условиях г. Сочи [4];

· выявление наиболее рациональной конструкции фундамента на основании результатов численного моделирования с использованием программных комплексов.

В мировой практике строительства известно множество зданий с применением консольных решений. Размеры строительной площадки в отдельных случаях имеют стесненные условия для полноценного проекта. Реализовать архитектурный замысел и, получив необходимые площади, добиться высоких технико-экономических показателей - одна из задач современного инженера.

Практическая значимость исследований обусловлена спросом на земельные участки в городах, где происходит освоение территорий, ранее считавшихся непригодными для застройки. На сегодняшний день одними из первостепенных задач для инженеров и архитекторов являются:

· увеличение технико-экономических показателей объектов строительства;

· соблюдение требований заказчика в индивидуальной архитектуре.

Вариантом увеличения технико-экономических показателей зданий в условиях плотной городской застройки является использование в их конструктивных решениях консольных конструкций, которые как в малоэтажном, так и в высотном строительстве позволяют не только добиться архитектурной привлекательности здания, но и значительно увеличить полезную площадь этажей [6].

Обзор методов проектирования зданий с высоким центром тяжести в сейсмических районах

Применение консольных решений при проектировании зданий и сооружений предполагает устройство надземных конструкций (опор, стоек и др.) для косвенной передачи нагрузки на элементы фундамента.

Проектирование больших консольных выносов предполагает использование одной из 2-х видов конструктивных систем [5]:

1) Системы поддержки надземных строительных конструкций

Принцип работы систем поддержки: ядро высотного здания используется в нижних этажах в качестве основы для опорной конструкции, которая расширяется с увеличением высоты и тем самым образует платформу для верхних этажей.

При таком конструктиве горизонтальные нагрузки поглощаются непосредственно ядром. Эта концентрация нагрузок предполагает устройство центрально нагруженного фундамента, что значительно упрощает расчеты в сложных инженерно-геологических условиях.

2) Подвесные системы:

Все подвесные системы сначала передают горизонтальные нагрузки вверх в элементы покрытия, которые нагружают одно или несколько ядер жесткости здания. От них воздействие передается элементам фундамента. Концентрация нагрузок при одноядерной системе предполагает устройство центрально нагруженного фундамента. Многоядерные системы требуют, по крайней мере, стольких же фундаментов, сколько и ядер жесткости.

Инженерно-геологические условия площадки строительства

Грунтовый массив сложен из инженерно-геологических слоев, характеристики которых представлены в табл. 1.

Площадка строительства располагается на оползневом склоне. Из неблагоприятных физико-геологических процессов на склоне отмечаются: крип, заболачивание, плоскостной смыв на незадернованных участках; быстрое выветривание коренных аргиллитов и алевролитов, а также набухающие свойства глин истых грунтов ИГЭ-1а, 3, 4.

фундамент архитектурный здание застройка

Таблица 1. Состав и мощность грунтового массива

Расчет и конструирование вариантов фундаментов восьмиэтажного жилого дома в грунтовых условиях г. Сочи

При конструировании фундаментов рассматриваемого здания (рисунок 2) необходимо было учесть ряд осложняющих факторов:

· высокая сейсмическая активность участка строительства (9 баллов);

· откосные и оползневые процессы на площадке строительства (участок работ располагается на оползневом склоне и предполагает устройство глубокого котлована);

· высокий центр тяжести здания ввиду его нерегулярной архитектурной формы (форма здания в плане обусловлена потребностью заказчика в индивидуальной архитектуре);

· необходимость устройства деформационного шва из-за большой длины здания в плане (64,6 м.).

В связи с осложняющими факторами и потребностью в индивидуальной архитектуре при конструировании фундамента необходимо предусмотреть возможность восприятия фундаментом (в частности свайным) и элементами стилобатных этажей больших поступательных и вращательных воздействий. Также необходимо обеспечить формирование классических первых форм колебаний здания с учетом применения антисейсмических швов.

Для реализации поставленных задач использовался программный комплекс «Ing+ 2012». Расчетная модель подробно описывает конструктивные решения здания, в том числе с учетом грунтовых условий. Целью расчета является получение данных для конструирования несущих элементов здания.

Предполагаемый тип фундамента - монолитная плита толщиной 800 мм или свайное поле объединенное ростверком, заглубление свай в коренные породы - 2,0 м. Предполагаемая нагрузка на сваю в составе фундамента - до 1800 кН [1, 2].

Все нагрузки от собственного веса конструкций в расчетной модели учитываются автоматически. Нагрузка от наружного стенового заполнения учтена в расчетной модели как линейная нагрузка.

При статическом расчете были учтены следующие нагружения:

- НГ1 - постоянная нагрузка (собственный вес конструкций, вес конструкций полов, стен, перегородок, кровли); - НГ2 - полезная нагрузка; - НГ3 - постоянная от обратной засыпки грунтом; - НГ4 - снеговая нагрузка; - НГ5…НГ10 - квазистатическое нагружение, сейсмическое воздействие S1 (поступательное сейсмическое воздействие в направлении первой формы собственных колебаний); - НГ11…НГ15 - квазистатическое нагружение, сейсмическое воздействие S2 (поступательное сейсмическое воздействие в направлении второй формы собственных колебаний); - НГ21,22 - квазистатическое нагружение, сейсмическое воздействие S3 (вращательное сейсмическое воздействие в направлении первой формы собственных колебаний).

В случае с плитным типом фундамента, по результатам анализа напряженно-деформированного состояния были получены недопустимые значения деформаций конструкций консольных выступов и осадки основания фундаментной плиты [3].

Сравнительный анализ деформаций конструкций подготовлен в программе «Microsoft Exel 2007» и представлен в графическом виде.

Анализ усилий в сваях в различных сейсмических условиях (7 и 9 баллов) подготовлен в программе «Gen3_dim» и представлен в табличном виде. Таблицы составлены для максимальных значений усилий в сваях в комбинациях нагружений К1 и К2.

Таблица 2. Анализ усилий в сваях в различных условиях сейсмичности

По результатам анализа можно отметить, что величина продольных и поперечных сил в элементах фундамента напрямую зависит от сейсмичности района строительства.

По итогам проделанной работы, здание решено с применением защемленных в коренные породы на расчетную глубину буроинъекционных свай Ш630 мм длиной от 11 м, изготавливаемых по технологии CFA, устраиваемых в грунте под высоким избыточным давлением бетона (без использования обсадных труб).

В процессе исследования проведен визуальный контроль этапов возведения объекта.

С целью получения данных для конструирования несущих конструкций и дальнейшего выбора рационального фундамента для объекта исследования - восьмиэтажного жилого дома высотой 29,4 метра в грунтовых условиях г. Сочи, была подготовлена расчетная модель здания с использованием программного комплекса «Ing+».

Типы рассмотренных конструкций фундамента:

1 - фундаментная плита;

2 - свайно-плитный фундамент.

По результатам расчета в совокупности с анализом инженерно-геологических условий площадки установлено, что рационально в данном случае применить второй тип конструкции фундамента по ряду причин:

· инженерно-геологические изыскания выявили специфические набухающие свойства верхней толщи грунтов. При свайно-плитном варианте фундаментов, с учетом прорезки техногенных и набухающих грунтов, их специфические особенности не будут оказывать влияние на конструктивные проектные решения;

· способность фундаментной плиты воспринимать большую горизонтальную нагрузку в связи с высокой сейсмичностью площадки строительства, по итогам статического расчета, оказалась недостаточной;

· деформации консольных конструкций зданий при плитном варианте фундамента, выявленные по результатам статического анализа, имеют недопустимые значения.

Библиографический список

1. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. - М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2010.

2. СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов. - М.: Госстрой России, 2004.

3. СП 22.13330.2011 Основания зданий и сооружений. - М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2011.

4. СНКК 22-301-2000 Строительство в сейсмических районах Краснодарского края. - Краснодар: департамент по строительству и архитектуре Краснодарского края, 2001.

5. Eisele J., Kloft E. High-Rise Manual. Typology and Design, construction and technology. - Birkhauser, 2002.

6. Мариничев М.Б., Маршалка А.Ю. Реализация нестандартных конструктивных решений в высотном строительстве на основе использования современных буровых технологий. - Научный журнал КубГАУ, №54 (10), 2009

Размещено на Allbest.ru